Im Wettlauf um den Bau eines nützlichen Quantencomputers, der reale Probleme lösen kann, galten Systeme mit sogenannten Spin-Qubits bislang nicht als Favoriten. Unternehmen wie Google und IBM, aber auch andere Hersteller und Forschungsgruppen, setzen stattdessen auf Elektronen in supraleitenden Schaltkreisen oder auf Ionen und Atome, die mit Lichtfallen eingefangen und kontrolliert werden.

Doch eine Reihe neuer Ergebnisse, darunter zwei Arbeiten, die Ende Juli 2026 im Fachmagazin »Nature« erschienen sind, legen nahe, dass Spin-Qubits keineswegs zu früh abgeschrieben werden sollten.

Ähnlich wie Transistoren in moderner Elektronik entstehen Spin-Qubits durch präzise Strukturen, die in Halbleiterplatten geätzt werden. Diese Muster bilden winzige Potenzialtöpfe, in denen jeweils ein einzelnes Elektron gefangen ist. Weil Spin-Qubits auf Materialien und Fertigungstechniken basieren, die denen klassischer Siliziumchips ähneln, galten sie lange als vielversprechend. Da sie jedoch nur langsam Fortschritte machten, fanden sie vergleichsweise wenig Beachtung.

Noch im Jahr 2023 bestand der beste Spin-Qubit-Quantencomputer aus lediglich zwei Qubits und wies bei bestimmten Messungen Fehlerraten von rund vier Prozent auf. In den neuen Arbeiten berichten zwei voneinander unabhängige Forschungsteams – eins von den privat finanzierten HRL Laboratories in den USA und eins von der TU Delft in den Niederlanden – von einem deutlichen Fortschritt: Sie führten komplexe Berechnungen auf solchen Siliziumchips aus und erreichten Fehlerraten von nur noch 0,2 Prozent. Der Prozessor aus Delft umfasste 5 Spin-Qubits, der von HRL sogar 18.

Eine Frage des Spins

Auch andere Gruppen treiben die Entwicklung von Spin-Qubits mit hohem Tempo voran. Im April 2026 stellte das ebenfalls in Delft ansässige Start-up Groove Quantum einen auf Germanium basierenden Prozessor mit 18 Qubits und einer vergleichbaren Fehlerrate vor, allerdings ohne das Begutachtungsverfahren durch Fachkollegen abzuwarten. Anfang Juli 2026 meldete ein Team des japanischen Forschungsinstituts RIKEN in Wako, es habe ein 5-Qubit-System mit einer extrem niedrigen Fehlerrate von unter 0,01 Prozent realisiert.

»Es ist großartig für die gesamte Fachcommunity, dass solche Fortschritte erzielt wurden«, sagt Daniel Loss, theoretischer Physiker an der King Fahd University of Petroleum and Minerals in Dhahran, Saudi-Arabien. Die Gutachterberichte zur HRL-Studie, die das Team der »Nature«-Nachrichtenredaktion zur Verfügung stellte, fielen besonders positiv aus. Einer der Gutachter bezeichnete die Arbeit als »einen bedeutenden Meilenstein für die technologische Reife halbleiterbasierter Spin-Qubits«.

Andere Qubit-Plattformen liegen bei der Skalierung allerdings noch deutlich vorn: Quantencomputer auf Basis supraleitender Schaltkreise arbeiten bereits mit mehr als 100 Qubits, Systeme mit neutralen Atomen sogar mit mehreren Tausend. Doch die neuen Ergebnisse zeigen, dass Spin-Qubits inzwischen eine vergleichbare Qualität bei niedrigen Fehlerraten erreichen können. Für HRL kommt der Erfolg zudem zu einem wichtigen Zeitpunkt. Das Unternehmen hatte Anfang 2026 nach dem Wegfall von US-Regierungsaufträgen umfangreiche Entlassungen angekündigt.

Nun scheint sich das Blatt zu wenden. Zur Überraschung vieler in der Quantencomputer-Community gab IBM, das selbst auf Qubits aus supraleitenden Schaltkreisen setzt, die Übernahme von HRL bekannt. »Das HRL-Team wird IBM dabei helfen, die Grenzen der Quanteninnovation noch weiter zu verschieben«, erklärte IBM-Forschungschef Jay Gambetta in einer Stellungnahme.

Weg vom Kupfergeflecht

Anders als moderne klassische Computer, die auf Transistoren als Bits beruhen, verfügen die heutigen, noch vergleichsweise einfachen Quantencomputer über keinen einheitlichen Grundbaustein. Qubits lassen sich aus den unterschiedlichsten physikalischen Systemen herstellen, etwa aus Atomen, elektronischen Schaltkreisen oder einzelnen Elektronen. Entscheidend ist lediglich, dass sie sich in empfindliche Quantenzustände versetzen und präzise kontrollieren lassen.

Ein solcher Quantenzustand ist der Spin. Er beschreibt den Eigendrehimpuls eines Teilchens und kann sich beliebig im Raum ausrichten. Ende der 1990er-Jahre erkannten Daniel Loss und der damals bei IBM tätige Physiker David DiVincenzo, dass sich die Spins von Elektronen hervorragend als Qubits eignen würden. Der Grund: Sie lassen sich ähnlich steuern wie Transistoren in herkömmlicher Elektronik, nämlich durch elektrische Impulse. Das macht Spin-Qubits in der Theorie zu einem äußerst attraktiven Konzept.

Doch jahrzehntelang bremsten erhebliche technische Schwierigkeiten die Entwicklung. Einzelne Elektronen müssen auf Millikelvin-Temperaturen gekühlt und vor elektromagnetischen Störungen sowie thermischen Einflüssen abgeschirmt werden. Andernfalls verlieren sie ihre empfindlichen Quantenzustände.

Laut Jacob Blumoff, Quantenphysiker bei HRL und Leiter der Experimente, beruht der Durchbruch seiner Gruppe vor allem auf einer enormen Verringerung des Rauschens, dem die einzelnen Qubits ausgesetzt sind, sowie auf Verbesserungen des Systemdesigns. Zwar dokumentieren Daten in der Studie die reduzierte Störanfälligkeit. Zwei der dabei eingesetzten Verfahren seien jedoch patentrechtlich geschützt und blieben somit ein Firmengeheimnis.

Eine entscheidende Verbesserung betrifft die Verkabelung. Manche Quantencomputer erinnern vom Aufbau her an kupferne Kronleuchter: Zu jedem einzelnen Qubit führen Drähte, die elektrische Signale übertragen, um es zu steuern. Dieses Konzept stößt jedoch an Grenzen, wenn es auf Tausende oder gar Millionen Qubits hochskaliert werden soll. Außerdem transportieren die Leitungen Wärme in das System. Dadurch nimmt die Leistung ab. HRL hat dieses Kupfergeflecht deshalb durch ein lediglich einen Zentimeter breites Kabelband ersetzt, in das die vielen Drähte integriert sind. Dieser Ansatz scheint sich durchzusetzen: Das RIKEN-Team nutzt für sein Gerät ein ähnliches Kabel.

Von einem Quantencomputer, der tatsächlich praktische Probleme lösen kann, ist HRLs 18-Qubit-System dennoch weit entfernt. Dafür wären Zehntausende fehlerkorrigierte Qubits erforderlich. Doch die Forscher sind zuversichtlich. »Das ist ein vielversprechender Prototyp«, sagt Blumoff. »Wir glauben, dass das Systemdesign bis zur kommerziellen Nutzbarkeit weiterentwickelt werden kann.«